Влияние комплексного бактериального препарата „Клепс“ и азотных удобрений на микробный ценоз темно-серой оподзоленной почвы

Постановка проблемы. В современных условиях важным является расширение посевов бобовых трав, а также травосмесей с их участием как источника биологического азота, продления их продуктивного долголетия за счет оптимизации питания. Альтернативой минеральных удобрений являются новые микробиологические препараты. Одними из наиболее перспективных микробиологических препаратов, используемых для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, являются препараты на основе бактерий эндофитов, проникающих в ткани растения без вреда для последнего, которые, получая от растения все необходимое для жизнедеятельности, способны пополнять свою популяцию в ризосфере. Кроме усвоения азота с воздуха, обеспечения растений фитогормонами (ауксиноподобные вещества), витаминами и пр., такие бактерии за счет продуцируемых ими биопестицидов (фитонциды) иммунизируют растение, защищая его как от инфекции с почвы, так и от вредных насекомых. Первым отечественным препаратом такого спектра действия является „клепс“, созданный в Институте молекулярной биологии и генетики НАН Украины (зарегистрирован 5 июня 2001 г.). Он представляет собой суспензию с активными клетками бактерий. Применение такого препарата требует микробиологического обоснования на основе выявления закономерностей функционирования микробного ценоза как одного из диагностических критериев оценки экологического состояния почвы и ее плодородия, что позволит обосновать дозы и формы удобрений, которые обеспечат устойчивость и сбалансированность агроэкосистемы.

Цель исследований и методика их проведения. Изучение влияния азотных удобрений и комплексного микробиологического препарата „клепс“ на состояние микробного ценоза, процессы трансформации органического вещества и токсичность темно-серой оподзоленной почвы проводили в условиях северной Лесостепи Украины, в вариантах стационарного опыта со злаково-бобовой травосмесью, согласно схемы, приведенной в таблице 1. Микробиологические анализы и определения проводили в лаборатории почвенной микробиологии ИЗ УААН. Образцы почвы отбирали в слое 0—20 см в конце мая после 1-го укоса трав.

Микробиологическую индикацию почвы проводили согласно общепринятых в почвенной микробиологии методов (5—6). Количественный и качественный состав основных таксономических и эколого-трофических групп микроорганизмов, которые принимают участие в трансформации азот-, фосфор- и углеродсодержащих веществ, видовое разнообразие некоторых индикаторных групп микроорганизмов изучали методом посева почвенной суспензии на элективные питательные среды с последующим учетом микрофлоры.

Для оценки морфо-функциональной структуры микробного сообщества и направленности процессов трансформации органического вещества рассчитывали показатели напряженности минерализационных процессов — коэффициенты минерализации-иммобилизации азота по Е. М. Мишустину и Е. В. Рунову (3) как отношение между микроорганизмами, которые используют минеральный и органический азот; индексы педотрофности по Д. И. Никитину и Б. С. Никитиной (4) как отношение количества микроорганизмов, которые растут на агаризованной почве до количества микрофлоры на „богатой“ питательной среде, а также активность процесса минерализации гумуса по Т. С. Дёмкиной и В. М. Золотаревой (1) как отношение количества автохтонной микрофлоры, которая осуществляет деструкцию гумусовых соединений, до общего количества микроорганизмов на пептон-глюкозном агаре с почвенной вытяжкой.

Для оценки функционального состояния биоты почвы определяли её токсические свойства методом почвенных пластин с использованием озимой пшеницы как растительного теста (2).

Результаты исследований. Выявлено, что наиболее благоприятные условия для биогенности почвы, формирования сбалансированного состава микробного ценоза, направленности процессов микробной трансформации органического вещества и качественной структуры индикаторных групп микроорганизмов складываются под травосмесью при внесении весной по фону Р₆₀К₉₀ препарата „клепс“, а также при совместном внесении по фону РК под 1-й укос N₃₀ и бактериального препарата. В почве вариантов 3 и 4 выявлено усиление жизнедеятельности практически всех групп микроорганизмов и особенно стрептомицетов, спорообразующих, фосформобилизирующих, олигонитрофилов, а также минерализаторов азот- и углеродсодержащих веществ. Активизация развития микрофлоры, по сравнению с фоновым вариантом, составляет от 12 до 64%, а целлюлозоразрушающей — более, чем в два раза, что обеспечивает оптимальную трансформирующую способность сапрофитной микрофлоры и стабильность функциональных связей между эколого-трофическими группами (табл. 1). Суммарное количество микроорганизмов основных таксономических групп в почве вариантов 3 и 4 составляло соответственно 25,3 и 21,6 млн./г, тогда как по фону с Р₆₀К₉₀ — 18,2 млн.; эколого-трофических групп — соответственно 115,3, 93,1 и 80,5 млн. на 1 г абсолютно сухой почвы.

В результате внесения N₃₀ замедляется развитие микромицетов на 19%, спорообразующих форм — на 12%, олигонитрофилов на 15% и происходит некоторое угнетение целлюлозоразлагающей микрофлоры.

Выявлена тенденция обогащения микробного ценоза почвы агрономически полезными группами микроорганизмов в варианте с бактериальным препаратом по сравнению с внесением N₃₀: общая численность микрофлоры и утилизаторов минерального азота увеличивается на 32%, микромицетов — на 13%, стрептомицетов — на 39%, спорообразующих и целюлозоразрушающих микроорганизмов — на 28%, олигонитрофилов — на 92%, амонифицирующих — на 33%, микроорганизмов автохтонной группы на 59%.

Необходимо отметить отсутствие индикатора плодородия почвы — азотобактера. Функции свободноживущих азотфиксаторов выполняют здесь олигонитрофилы. Внесение бактериального препарата способствует их развитию (см. табл. 1).

Увеличение количества микроорганизмов различных эколого-трофических групп (на 8—59%), по сравнению с внесением N₃₀, зафиксировано в варианте 4 при совместном применении N₃₀ и препарата „клепс“. Особенно заметно развивалась целлюлозоразлагающая микрофлора — здесь её было в 2,2 раза больше, чем в варианте 2. Это свидетельствует об оптимизации жизнедеятельности микроорганизмов и наростании биологического потенциала почвы при внесении под 1-й укос бактериального препарата как отдельно, так и в сочетании с N₃₀.

Важным показателем благоприятного трофического режима почвы при внесении бактериального препарата и обеспеченности её элементами минерального питания является широкий спектр индикаторных спорообразующих форм микроорганизмов, среди которых чаще встречаются Bacillus megaterum, Bac. idosus, Вас. mesentericus, Вac. cereus. Вас. simplex и другие с высокой физиологической активностью, которые могут утилизировать как органический, так и минеральный азот. Они характерны для почв с интенсивными процессами нитрификации. Частота встречаемости этой группы микроорганизмов при внесении бактериального препарата составляет 70%, качество спорообразующих форм (от общего количества микрофлоры) — 47—52%; от чисельности микроорганизмов, которые усваивают органический и минеральный азот — 18—20%; в контрольном варианте (с Р₆₀К₉₀) эти показатели составляют 27 и 15%, при внесении N₃₀ — соответственно 23 и 16%.

Наличие в темно-серой оподзоленной почве, как при внесении азотных удобрений, так и бактериального препарата, а также при их совместном применении достаточного количества минеральных форм азота обеспечивает благоприятные условия для функционирования комплекса целюлозоразрушающей микрофлоры в составе не только микромицетов и стрептомицетов, но и миксобактериальных форм из рода Cytophaga и небольшого количества вибрионов из рода Cellvibrio, для которых характерна высокая требовательность к азотному питанию.

Выявлено значительное количество (14 млн./г) нитратредуцирующей микрофлоры. Её развитие при неблагоприятных условиях может стать причиной потерь газообразного азота, но наличие истинных денитрификаторов (0,07—5,4% от количества нитратредуцентов) свидетельствует о благоприятной экологической ситуации в почве (табл. 2).

Интенсивное развитие микроорганизмов, которые усваивают минеральные формы азота (29,3—39,2 млн./г) обусловило повышение коэффициента минерализации-иммобилизации до 4,1—5,6 единиц. Самые высокие показатели напряженности минерализационных процессов получены в варианте с Р₆₀К₉₀, а также при внесении N₃₀ по этому фону. Выявлено положительное влияние всех систем удобрения на жизнедеятельность группы автохтонных микроорганизмов, представителей рода Nocardia и активность процессов минерализации гумуса (табл. 3).

Высокие индексы педотрофности (1,87—2,29) указывают на усиление усвоения микроорганизмами питательных веществ из запасов гумуса. Этот процесс активизируется при внесении минеральных удобрений, что подтверждается высокими коэффициентами минерализации-иммобилизации в вариантах 1 и 2.

Выявлено стимулирующее действие всех систем удобрения (4—10% относительно фонового варианта) на рост и развитие тестовой культуры.

Выводы. Внесение комплексного бактериального препарата „клепс“ на злаково-бобовую травосмесь как самостоятельно, так и в сочетании с N₃₀ способствует созданию благоприятных условий для биогенности почвы, формирования сбалансированного состава микробного ценоза. Увеличение до 70% от общей численности микрофлоры индикаторных спорообразующих форм микроорганизмов-утилизаторов органического и минерального азота свидетельствует о благоприятном трофическом режиме почвы. Внесение лишь минеральных удобрений интенсифицирует минерализационные процессы.

Наличие истинных денитрификаторов свидетельствует о нормальной экологической ситуации в темно-серой оподзоленной почве, но значительное количество нитратредуцирующей микрофлоры при неблагоприятных условиях может обусловить потери азота в газообразной форме.

Бактериальный препарат способствует развитию олигонитрофилов, которые, при отсутствии под травосмесью азотобактера, выполняют функции свободноживущих азотфиксаторов; положительно влияет на функционирование группы автохтонных микроорганизмов.

БИБЛИОГРАФИЯ
• Демкина Т. О., Золотарева Б. Н. Микробиологические процессы в почвах при различных условиях интенсификации земледелия // Микробиологические процессы в почвах и урожайность сельскохозяйственных культур. – Вильнюс, 1986. – С. 101 – 103.
• Методы изучения почвенных микроорганизмов и их метаболитов / Ответственный редактор Н. А. Красильников. – М.: МГУ. – 1966. – 162 с.
• Мишустин Е. Н., Рунов Е. В. Успехи разработки принципов микробиологического диагностирования состояния почв // Успехи современной биологии. – М.: АН СССР. – 1957. – Т. 44. – С. 256 – 267.
• Никитин Д. И., Никитина B. C. Процессы самоочищения окружающей среды и паразиты бактерий. – М.: Наука, 1978. – 205 с.
• Основные микробиологические и биохимические методы исследования почв // Под ред. Возняковской Ю. – М. – Л.: ВНИИСХМ, 1987. – 47 с.
• Теппер Е. З., Шильникова В. К., Переверзева Г. И. Практикум по микробиологии. – М.: Агропромиздат, 1987. – 239 с.